Les tuiles adaptatives peuvent être essentielles pour réduire la consommation d’énergie de chauffage/refroidissement

Selon les estimations d’études de marché, le marché mondial de la toiture pourrait atteindre 140 milliards de dollars d’ici 2033, passant de près de US $ 82 milliards en 2023. Aucun travail de construction n’est complet sans une solution de toiture. Il est également essentiel aux structures résidentielles et commerciales. Le marché est de nature dynamique puisque les toitures doivent être remplacées à intervalles fréquents. Partout en Amérique du Nord, selon une estimation d'une étude de marché, 94% des projets de toiture sont des remplacements de toiture. 

Remplacer les vieilles toitures consiste souvent à les fabriquer écologiquement durable et économe en énergie. Les toits froids, capables de réfléchir le rayonnement solaire et de réduire la température du toit, peuvent économiser 0.50 $ US par pied carré, comme le montrent certaines études. 

Certaines estimations s’attendent à ce que le marché mondial des toitures fraîches croisse à un TCAC de 5.7% jusqu'en 2025. Les matériaux de toiture réfléchissants, tels que les membranes ou les revêtements blancs, peuvent réduire la température de la surface du toit jusqu'à 50 degrés Fahrenheit. 

Alors que les propriétés de refroidissement ou de chauffage sont devenues une caractéristique déterminante des solutions de toiture, l'intérêt porté à la durabilité et aux économies d'énergie montre que les solutions doivent être efficaces. 

Nous commencerons la discussion d’aujourd’hui avec une solution qui a attiré l’attention dans l’industrie de la toiture du monde entier. 

Tuiles adaptatives : sensibles à la température extérieure ; Aide à réduire la consommation d'énergie

Des scientifiques de l'Université de Californie à Santa Barbara ont mené des recherches universitaires qui détaillent comment les tuiles peuvent réduire les coûts de chauffage et de climatisation. 

L'objectif des trois chercheurs impliqués dans ce projet, Charlie Xiao, Elliot Hawkes et Bolin Lao, était de réduire le montant de la facture énergétique des Américains et de réduire les besoins en combustibles fossiles nécessaires au fonctionnement des systèmes CVC domestiques. 

Ces tuiles adaptatives sont livrés avec un interrupteur radiatif pour aider à basculer entre les états de chauffage et de refroidissement. Il peut basculer entre les états de refroidissement et de chauffage dans les 3 degrés Celsius de la température du commutateur. Il peut réduire les besoins de refroidissement et de chauffage de plus de 2.5 fois par rapport aux appareils statiques. 

L'interrupteur, ou dispositif de thermorégulation passive, est un carré de 4 cm. Il s'agit d'une surface mobile capable de modifier ses propriétés thermiques pour s'adapter à une plage de températures.

Selon le chercheur Charlie Xiao :

"Il bascule entre un état de chauffage et un état de refroidissement, en fonction de la température du carreau."

Les chercheurs ont conçu la solution en visant une température de 65 degrés Fahrenheit, soit environ 18 degrés Celsius. 

Mais pourquoi cette solution est-elle accueillie avec autant d’anticipation par l’industrie de la toiture ? Pour aller au fond de cette question, il faut comprendre le scénario de consommation énergétique des bâtiments américains.

50 % de la consommation énergétique des bâtiments aux États-Unis est consacrée au chauffage et à la climatisation

La quantité d’énergie consommée pour le chauffage et la climatisation des bâtiments américains est énorme. Selon le Administration d'information sur l'énergie des États-Unis, la consommation finale combinée d'énergie des secteurs résidentiel et commercial représentait environ 29 % de la consommation finale totale d'énergie des États-Unis en 2022. Si l'on inclut les pertes d'énergie du système électrique, les secteurs résidentiels et commerciaux représentaient 38 % de la consommation finale totale d'énergie des États-Unis. la consommation totale d’énergie des États-Unis en 2022. 

Alors que 50 % de la consommation énergétique des bâtiments américains est consacrée au chauffage et à la climatisation, le système doit être économe en énergie à tout prix. De plus, le changement climatique et le réchauffement climatique augmenteront les besoins en refroidissement. Il y aura cependant des zones où la demande de chauffage restera également élevée, voire augmentera. 

Les systèmes de toiture frais traditionnels, notamment les revêtements réfléchissants, les membranes, les bardeaux ou les tuiles, fonctionnent selon les principes du refroidissement des maisons en réfléchissant la lumière du soleil. Ces solutions libèrent également une partie de la chaleur emprisonnée sous forme de rayonnement infrarouge thermique. Cependant, le problème de ces solutions se pose lorsque les systèmes de toiture froide continuent à émettre de la chaleur en hiver, ce qui fait augmenter les coûts de chauffage. En bref, il manque d’efficacité énergétique et de rentabilité. 

Compte tenu de tous ces aspects mentionnés ci-dessus, une solution capable de basculer entre les états de chauffage et de refroidissement en fonction de la température extérieure change la donne, d’autant plus qu’elle fonctionne sans électricité. 

La solution est également considérée comme jouant un rôle déterminant pour l'industrie car elle peut répondre aux besoins de chauffage et de refroidissement dans le même bâtiment le même jour. Il n’existe actuellement pas beaucoup de technologies capables de basculer automatiquement entre le chauffage passif et le refroidissement. Les solutions disponibles, cependant, sont pour la plupart inefficaces pour la commutation quotidienne car elles nécessitent une large plage de températures pour cycler les états. 

Les chercheurs affirment également que leur conception est hautement adaptable. Il peut atteindre différents points de consigne de température en modifiant le matériau à changement de phase. Pour un refroidissement radiatif plus élevé, des performances de chauffage améliorées et une durabilité supérieure, les dalles adaptatives n'ont besoin que de modifier leur revêtement. 

Une autre caractéristique qui rend la solution lucrative est sa conception simple et son potentiel de production à faible coût. 

Alors que tous ces avantages et avantages attendent d’être exploités par l’industrie et produits à une plus grande échelle d’entreprise, de nombreuses autres solutions de construction visent à réduire la consommation d’énergie de chauffage/refroidissement. Nous allons maintenant examiner quelques-unes de ces solutions.

Revêtement de toit intelligent pour des économies d'énergie en toutes saisons

Des scientifiques impliqués dans une étude dirigée par Jun Qiao Wu, un scientifique du corps professoral du Berkeley Lab Division des sciences des matériaux et professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'UC Berkeley, a développé un revêtement de toit intelligent toutes saisons pour garder les maisons au chaud pendant l'hiver et au frais pendant l'été. 

Comme la solution précédente, celle-ci ne nécessite ni gaz naturel ni électricité. 

Selon Junqiao Wu :

« (Notre) revêtement de toiture toutes saisons passe automatiquement de vous garder au frais à vous garder au chaud, en fonction de la température de l'air extérieur. Il s’agit d’une climatisation et d’un chauffage sans énergie et sans émissions, le tout dans un seul appareil.

Pour atteindre leur objectif, les scientifiques ont développé un nouveau matériau appelé revêtement radiatif adaptatif à la température ou TARC. TARC éteint automatiquement le refroidissement radiatif en hiver, garantissant ainsi l'absence de refroidissement excessif et de gaspillage d'énergie. 

Avec la mise en place du TARC, les scientifiques s'attendent à ce que le ménage moyen aux États-Unis épargne jusqu'à 10% sur l'électricité. La solution est capable de réfléchir 75 % de la lumière solaire toute l’année. Cependant, lorsque la température ambiante est supérieure à 25 degrés Celsius ou 77 degrés Fahrenheit, son émissivité thermique atteint environ 90 %. 

Junqiao Wu, exprimant son enthousiasme quant aux résultats possibles de cette solution, a déclaré :

« Nous pensions initialement que le passage du réchauffement au refroidissement ne serait pas aussi spectaculaire. Nos simulations, nos expériences en extérieur et nos expériences en laboratoire ont prouvé le contraire ; c'est vraiment passionnant. » 

Les chercheurs envisageaient de développer des prototypes TARC adaptés à des applications à plus grande échelle. Ils espéraient que le TARC prouverait sa valeur en tant que revêtement de protection thermique pour prolonger la durée de vie des batteries des smartphones et des ordinateurs portables. Ses autres utilisations pourraient inclure la protection des satellites et des voitures contre des températures extrêmement élevées ou basses et la fabrication de tissus régulateurs de température pour les tentes, les revêtements de serres, les chapeaux et les vestes. 

Des solutions économes en énergie pour les bâtiments américains, notamment en mettant l'accent sur une toiture efficace, sont également disponibles au niveau des entreprises. Nous verrons certaines de ces solutions dans les prochains segments. 

1. Toiture Whitco, Inc..

Whitco se positionne comme le plus grand entrepreneur en toiture commerciale d'Atlanta et l'un des leaders en Amérique du Nord. Whitco est l'une des rares entreprises de toiture commerciale en Amérique du Nord à compter parmi ses employés des professionnels certifiés en toitures vertes. Elle propose également des panneaux solaires sur les toits, capables de fournir efficacement plus de 25 % de l'énergie totale d'un bâtiment. Ses solutions incluent également une isolation de toiture en polyisocyanurate. Correctement appliquée, cette solution peut réduire considérablement les coûts de chauffage et de climatisation dans les environnements commerciaux et industriels. 

Fondée en 2005, Whitco Roofing est une entreprise privée dont le siège est à Atlanta, en Géorgie, aux États-Unis. 

2. Grundfos

Lorsqu’il s’agit d’une approche globale visant à réduire la consommation d’énergie de chauffage ou de refroidissement des bâtiments, Grundfos est le nom qui figure en tête. Ses solutions s'adressent aussi bien aux bâtiments commerciaux qu'aux bâtiments résidentiels. 

Pour faire chauffage commercial économe en énergie, Grundfos propose des pompes de circulation, des boucles de mélange, des solutions de pompage distribuées, des groupes de surpression, des pompes monocellulaires en ligne, des surpresseurs hydrauliques et bien plus encore. Pour un chauffage économe en énergie configurations domestiques, Grundfos dépend principalement des pompes de circulation. 

Au cours de l'exercice 2022, Grundfos a enregistré un chiffre d'affaires net de 33.3 milliards de couronnes danoises (2021 : 28.7 milliards de couronnes danoises). Il a connu une croissance des ventes de 12.1% en devises locales par rapport au dernier exercice (2021). La rentabilité des ventes en 2022 a augmenté à 11.8% en 2022, contre 11.4% en 2021.

3. Toits solaires Tesla

L'installation de toits solaires Tesla offre la possibilité d'alimenter sa maison avec un système entièrement intégré. solaire et système de stockage d'énergie. Il offre une garantie de 25 ans et une protection contre les pannes 24h/7 et XNUMXj/XNUMX. Le toit solaire est complété par Powerwall, une batterie domestique compacte pour une sécurité énergétique XNUMX heures sur XNUMX. Ces batteries permettent de stocker l’énergie produite par le toit solaire pour alimenter la maison à tout moment. 

Du point de vue de la composition, une toiture solaire comprend à la fois des tuiles solaires en verre et des tuiles en acier. Les tuiles solaires en verre produisent de l'énergie. Les tuiles en acier de qualité architecturale sont destinées à conférer au toit longévité et résistance à la corrosion. 

Selon les chiffres officiellement publiés par l'entreprise, l'équipe interne de professionnels de l'énergie de Tesla a installé près de 4 gigawatts d'énergie solaire sur près de 480,000 25 toits. Au total, ces toitures génèrent plus de XNUMX TWh d’énergie propre. 

La configuration comprend également des onduleurs Tesla Solar pour maintenir le système bien intégré, sûr, fiable et résistant aux pannes. Avec l’application Tesla, on peut suivre la production d’énergie en temps réel. Il est également possible de contrôler le système de n'importe où avec des alertes instantanées et un accès à distance. 

Au troisième trimestre 3, Tesla a enregistré un chiffre d'affaires de plus de US $ 21.4 milliards. La marge opérationnelle s'établit à 17.2%. 

Bâtiments et efficacité énergétique : le chemin à parcourir

Le réchauffement climatique et le changement climatique sont une préoccupation civilisationnelle. Les gouvernements, les organismes de réglementation, les conseils des nations et les entreprises sont tous désireux de proposer des solutions permettant de réaliser des modules énergétiques efficaces. Outre les solutions spécialisées, il existe de nombreuses façons de résoudre ces problèmes en apportant de petites modifications quotidiennes à nos systèmes de construction.

L'Office of Energy Efficiency and Renewable Energy des États-Unis recommande de nombreuses solutions de ce type, comme l'ajout d'isolation, l'utilisation d'un éclairage LED, l'installation de pompes à chaleur, etc. 

Les personnes vivant dans des climats chauds et humides peuvent utiliser des caloducs de déshumidification pour réduire l’humidité intérieure et améliorer le confort. Minimiser les pertes d’énergie dans les conduits est une autre façon d’encourager l’efficacité énergétique. Isoler les conduits et les sceller à l’air pourrait être utile. 

Pour des systèmes de chauffage de l'eau efficaces dans les bâtiments, on peut penser à des solutions économes en énergie comme des serpentins sans réservoir, des chauffe-eau indirects, des chauffe-eau solaires, etc. L'introduction de processus tels que la récupération de chaleur des eaux de drainage peut également s'avérer utile. 

La réduction de la consommation d’énergie de chauffage/refroidissement présente de nombreux avantages. Il ne s’agit pas seulement de réduire les coûts. Cela présente de plus grands avantages pour la communauté. Ils contribuent à renforcer la résilience des communautés et un système équitable et économe en énergie. Il existe des communautés mal desservies dans chaque région qui ont besoin de l’aide de technologies et d’infrastructures rentables pour accéder à un approvisionnement énergétique ininterrompu. 

Les systèmes économes en énergie conduisent également à moins de pollution de l’air, ce qui profite à la santé globale d’une communauté. La réduction de la consommation de combustibles fossiles est également bénéfique pour notre écologie, les plantes et les animaux qui nous entourent. 

Les avantages pour l'économie des infrastructures du pays sont également considérables. Des systèmes énergétiques efficaces allègent la charge des réseaux et contribuent à minimiser la congestion et la pression sur la distribution d'électricité à tout moment. 

Les avantages sont si étendus et d’une telle portée que nous aurons besoin à l’avenir de davantage de solutions telles que les tuiles adaptatives. Il s’agit sans aucun doute d’une étape encourageante dans le cheminement vers l’efficacité et la durabilité. 

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